《高考備考指南 物理 》課件-章末學(xué)科思維素養(yǎng)

靜電場第七章

章末學(xué)科思維素養(yǎng)(本章末對應(yīng)系統(tǒng)用書P170)素養(yǎng)一電場的STS問題1.現(xiàn)代科技例1重慶科技館里面設(shè)有靜電體驗區(qū)，體驗者可以進入一個靜電屏蔽的金屬籠，金屬籠外面有特斯拉線圈產(chǎn)生的200多萬伏的高壓，但人在金屬籠里面是非常安全的，對此下面說法正確的是()A.體驗者在金屬籠里面安全，是因為金屬籠處于靜電平衡，金屬籠內(nèi)外沒有電荷B.體驗者在金屬籠里面安全，是因為體驗者位于金屬籠內(nèi)，沒有與金屬籠內(nèi)壁接觸C.體驗者在金屬籠里面安全，是因為金屬籠處于靜電平衡狀態(tài)，金屬籠內(nèi)部場強為零D.盡管電荷只分布在處于靜電平衡狀態(tài)的金屬籠外面，但體驗者用手觸摸金屬籠內(nèi)壁仍是不安全的C【解析】籠體表面會感應(yīng)出異種電荷，A錯誤；處于靜電平衡狀態(tài)的導(dǎo)體是個等勢體，金屬籠內(nèi)部的場強處處為零，C正確，B、D錯誤.例2

(多選)目前智能手機普遍采用了電容觸摸屏，電容觸摸屏是利用人體的電流感應(yīng)進行工作的，它是一塊四層復(fù)合玻璃屏，玻璃屏的內(nèi)表面和夾層各涂一層ITO(納米銦錫金屬氧化物)，夾層ITO涂層作為工作面，四個角引出四個電極.當(dāng)用戶手指觸摸電容屏?xí)r，手指和工作面形成一個電容器，因為工作面上接有高頻信號，電流通過這個電容器分別從屏的四個角上的電極中流出，且理論上流經(jīng)四個電極的電流與手指到四個角的距離成比例，控制器通過對四個電流比例的精密計算來確定手指位置.對于電容觸摸屏，下列說法正確的是()A.電容觸摸屏只需要觸摸，不需要壓力即能產(chǎn)生位置信號B.使用絕緣筆在電容觸摸屏上也能進行觸控操作C.手指壓力變大時，由于手指與屏的夾層工作面距離變小，電容變小D.手指與屏的接觸面積變大時，電容變大AD【解析】據(jù)題意知，電容觸摸屏只需要觸摸，由于只要流經(jīng)四個電極的電流與手指到四個角的距離成比例，控制器就能確定手指的位置，因此不需要手指有壓力，A正確；因為絕緣筆與工作面不能形成一個電容器，所以不能在電容屏上進行觸控操作，B錯誤；手指壓力變大時，由于手指與屏的夾層工作面的距離變小，電容將變大，C錯誤；手指與屏的接觸面積變大時，電容變大，D正確.例3

(多選)電子束熔煉是指在高真空下，將高速電子束的動能轉(zhuǎn)換為熱能作為熱源來進行金屬熔煉的一種熔煉方法.如圖所示，陰極燈絲被加熱后產(chǎn)生初速度為0的電子，在3×104V加速電壓的作用下，以極高的速度向陽極運動；穿過陽極后，在金屬電極A1、A2間由1×103V電壓形成的聚焦電場作用下，轟擊到物料上，其動能全部轉(zhuǎn)換為熱能，使物料不斷熔煉.已知某電子在熔煉爐中的軌跡如圖中虛線OPO'所示，P是軌跡上的一點，聚焦電場過P點的一條電場線如圖，則()A.電極A1的電勢高于電極A2的電勢B.電子在P點時速度方向與聚焦電場強度方向夾角大于90°C.聚焦電場只改變電子速度的方向，不改變電子速度的大小D.電子轟擊到物料上時的動能大于3×104eVABD【解析】由粒子運動軌跡與力的關(guān)系可知，電子在P點受到的電場力斜向左下方，電子帶負電，所以電場強度方向為斜向右上方，即電極A1的電勢高于電極A2的電勢，A正確；電子在P點時的速度方向與聚焦電場強度方向的夾角大于90°，B正確；聚焦電場不僅改變電子速度的方向，也改變電子速度的大小，C錯誤；由動能定理，電子到達P點時動能已經(jīng)為3×104

eV，再經(jīng)過聚焦電場加速，可知電子轟擊到物料上時的動能大于3×104

eV，D正確.例4關(guān)于飛行時間質(zhì)譜儀(TOF)的研究，我國再獲技術(shù)成果.其原理如圖所示，它可以根據(jù)測出的帶電粒子的飛行時間對氣體分子進行分析.在真空狀態(tài)下，脈沖閥P噴出微量氣體，經(jīng)激光照射產(chǎn)生不同正離子，這些正離子自a板小孔進入a、b間的加速電場，從b板小孔射出，沿中線方向進入M、N板間的方形區(qū)域，然后到達緊靠在其右側(cè)的探測器.已知極板a、b間的電壓為U0，間距為d，極板M、N正對且長度和間距均為L，測出某一離子從a板到b板的飛行時間為t，不計離子重力及經(jīng)過a板時的初速度.

(2)若在M、N間加上偏轉(zhuǎn)電壓U，為保證上述離子能直接打在探測器上，求U與U0的關(guān)系.

2.生產(chǎn)、生活實際例5當(dāng)今醫(yī)學(xué)上對某些腫瘤采用質(zhì)子療法進行治療，該療法用一定能量的質(zhì)子束照射腫瘤以殺死癌細胞.現(xiàn)用一直線加速器來加速質(zhì)子，使其從靜止開始被加速到1.0×107m/s.已知加速電場的場強為1.3×105N/C，質(zhì)子的質(zhì)量為1.67×10－27kg，電荷量為1.6×10－19C，則下列說法正確的是()A.加速過程中質(zhì)子電勢能增加B.質(zhì)子所受到的電場力約為2×10－15NC.質(zhì)子加速需要的時間約為8×10－6sD.加速器加速的直線長度約為4mD

例6如圖所示為某靜電除塵器的工作原理圖，請判斷以下說法正確的是()A.離子發(fā)生器的作用是在空氣經(jīng)過時使其中的粉塵帶上負電B.集塵盤負極吸附大量粉塵的原因是粉塵帶上了正電C.若預(yù)過濾網(wǎng)破裂，不影響除塵器的除塵效果D.該除塵器能有效清除空氣中的有毒氣體B【解析】根據(jù)集塵盤能收集粉塵可知，粉塵帶正電，A錯誤，B正確.過濾網(wǎng)的作用是濾去質(zhì)量較大的顆粒，而細小顆粒更易被收集，C錯誤.該裝置無法分辨氣體是否有毒性，D錯誤.素養(yǎng)二“等效法”科學(xué)思維在電場中的應(yīng)用1.等效重力法

2.物理最高點與空間最高點在疊加電場和重力場中做圓周運動的小球，經(jīng)常遇到小球在豎直平面內(nèi)做圓周運動的臨界速度問題.小球能維持圓周運動的條件是能過最高點，這里的最高點不一定是空間最高點，而應(yīng)是物理最高點.

BD

素養(yǎng)三函數(shù)思想分析物理問題類型1

φ－x圖像例8

(2023年中山一中模擬)某靜電場中x軸上各點的電場強度方向均與x軸重合，以x軸負方向為電場強度的正方向，電場強度E隨x變化的規(guī)律如圖所示.－d~d間的圖像關(guān)于x＝0對稱.下圖分別表示x軸上各點的電勢φ隨x變化的圖像，其中可能正確的是()

C【解析】由于以x軸負方向為電場強度的正方向，在－d~d區(qū)間，場強均為正值，即場強均沿x軸負方向，沿電場方向電勢逐漸降低，故沿＋x方向，電勢逐漸升高，由于φ－x圖線的斜率表示場強大小，在O點附近場強最大，φ－x圖線斜率最大，對比可知，C圖符合題意.

A.y甲＝2y乙

B.y甲＝y(tǒng)乙C.v甲＝v乙 D.v甲＝4v乙B

類型3

Ep－x圖像例10

(多選)(2023年茂名電海中學(xué)一模)一帶負電的微粒(電荷量不變，所受重力不計)只在電場力作用下沿x軸正方向運動，其電勢能Ep隨位移x變化的關(guān)系如圖所示，其中